肌节是肌原纤维的小重复亚基,肌原纤维是长圆柱体,它们捆绑在一起形成肌纤维。在肌节内部,肌凝蛋白和肌动蛋白的纤维相互作用产生肌肉收缩和松弛。到目前为止,研究肌肉组织结构和功能的传统实验方法都是在重建的蛋白质复合物上进行的,或者分辨率较低。“相反,电子冷冻断层扫描使我们能够获得冷冻肌肉的详细和无伪影的3D图像,”Raunser说。
Cryo-ET在很长一段时间内都是一种成熟的利基方法。但最近电子冷冻显微镜(cryo- em)的技术进步以及低温聚焦离子束(FIB)铣削的新发展正在推动低温et的分辨率。与冷冻电镜类似,研究人员在极低温度(- 175°C)下快速冷冻生物样品。通过这一过程,样品保持了其水化和精细结构,并保持接近其天然状态。然后应用FIB铣削去除多余的材料,并获得约100纳米的理想厚度,用于透射电子显微镜,当样品沿轴倾斜时,透射电子显微镜可获得多幅图像。最后,用计算方法重建高分辨率的三维图像。
Raunser的团队在国王学院分离的小鼠肌原纤维上进行了冷冻- et,并获得了一纳米(百万分之一毫米,足以看到蛋白质内部的精细结构)的分辨率:“我们现在可以用四年前难以想象的细节来观察肌原纤维。这是迷人的!劳恩瑟说。
天然纤维
计算重建的肌原纤维揭示了肌节的三维组织,包括M-, A-和I-带亚区,以及z -盘,出乎意料地形成了更不规则的网状结构,并采用不同的构象。科学家们使用了肌凝蛋白与肌动蛋白紧密结合的样本,这代表了肌肉收缩的一个阶段,即所谓的收缩状态。事实上,他们首次在原生细胞中观察到同一个肌凝蛋白的两个头是如何与肌动蛋白丝结合的。他们还发现,双头不仅与相同的肌动蛋白丝相互作用,而且被发现在两条肌动蛋白丝之间分裂。这是以前从未见过的,表明靠近下一个肌动蛋白丝比相邻头之间的合作效应更强。
“这仅仅是个开始。Cryo-ET正在从结构生物学中的小众技术走向广泛的技术,”Raunser说。爱博网投领导者“很快,我们将能够在分子甚至原子水平上研究肌肉疾病。”老鼠的肌肉与人类的肌肉非常相似,但科学家们计划研究来自活组织检查或多能干细胞的肌肉组织。
故事来源:
材料所提供的马克斯·普朗克分子生理学研究所。注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。
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